뱀꿈을 꾸고 성공한 과학자 케큘레

 

  벤젠은 패러데이에 의해 1825년 도시가스의 배관 속에 괴인 액체로부터 발견되었습니다. 이 물질은 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소이었는데, C6H6인 물질이었습니다. 수소 4원자와 결합하는 능력이 있는 탄소가 벤젠에서는 수소와 1:1의 비율로 결합하고 있으면서도 반응적인 면에서도 매우 안정적입니다. 이러한 이유로 벤젠이 어떠한 구조를 지니고 있는가 하는 것이 19세기 화학계 최대의 어려운 과제 중의 하나였죠. 40년 뒤인 1865년에 이르러 독일의 화학자 케큘레에 의해 유명한 거북등무늬의 육각형 구조가 제안되었습니다.
독일의 화학회지에 케큘레는 육각형 구조와 관련된 자신의 에피소드를 다음과 같이 적고 있습니다.


 「그 당시 나는 책상 앞에 앉아 교과서를 집필하고 있었다. 그런데 아무리 해도 일이 진행되지 않았고 기분이 좋은 상태가 아니었다. 그래서 의자를 난로를 향해 놓고 앉아 있는 사이에 잠깐 졸았던 것 같다. 눈 앞에 원자가 반짝인다. 그 다음에는 그다지 크지 않은 원자단이 조심스럽게 대기하고 있었다. 비슷한 광경이 되풀이 해서 나타나는가 하면 그러는 동안 여러 가지 모양을 명확이 볼 수 있게 되었다. 긴 열이 몇 개씩 연결되어 모두 움직이고 있다. 뱀처럼 빙빙돌고 있다. 그런데 묘한 것은 뱀 중에 자신의 꼬리를 문 것이 한 마리 있는 것이 아닌가? 더욱이 나를 비웃는 것처럼 나의 눈 앞에서 빙빙돌고 있었다. 깜짝 놀라 나는 눈을 떴고 그 날 밤을 새우면서 이 가설을 매듭지었다.」

   영국의 과학비평가 아서 케스틀러는 이 꿈을 두고 살찐 소와 여윈 소 10마리가 나온 꿈을 꾼 뒤에 풍년과 흉년이 10년씩 계속될 것을 예언한 구약성서의 요셉이래 역사상 가장 중요한 꿈이었다고 말하기도 했습니다.

<케큘레의 벤젠 구조>                                     <벤젠의 공명 구조>


  케큘레가 제안한 벤젠구조는 드디어 옳다고 인정되었습니다. 벤젠은 플라스틱, 염료, 세제, 살충제의 원료로도 널리 사용되는 대표적인 유기화합물입니다. 보통 탄소는 주위에 전자 4개를 내어놓아 전자 하나를 가진 수소 4개와 각각 단일 결합을 이룹니다. 그런데 벤젠에는 탄소와 수소가 모두 6개씩 들어 있어 어떤 식으로 탄소와 수소를 결합시켜도 제대로 된 구조를 만들 수가 없었습니다. 이 문제를 케큘레는 탄소 6개가 고리를 이룬 구조로 해결했습니다. 이렇게 되면 6개의 탄소는 한쪽은 이중결합, 다른 한쪽은 단일결합을 통해 강강수월래를 하듯 탄소와 손을 맞잡고, 남은 하나의 전자로는 수소와 단일 결합을 하기 때문에 탄소와 수소의 수가 완벽하게 들어맞습니다.